轨道交通盾构隧道（精选8篇）
轨道交通盾构隧道 篇1
盾构施工充分发挥机械自动化、安全可靠化、性能优越化等特点, 在城市轨道交通施工中得到广泛应用。例如规划等问题, 轨道交通施工线路需要穿越大量的老式砖混结构小高层, 盾构在掘进时必须控制好对其上方建筑物的影响;又因隧道施工地质条件及周边环境比较复杂, 盾构掘进对地面建筑物沉降影响较大, 造成建筑物开裂及损坏的风险较高。因此, 在施工过程中采取何种措施减小对建筑物的影响, 保障盾构隧道顺利施工显得特别重要。
本文以武汉轨道交通L2中山公园站—循礼门站轨道交通隧道实际工程为例, 系统介绍泥水盾构穿越建 (构) 筑物群的相关技术。从施工措施及建筑物受盾构影响沉降情况两方面讨论盾构穿越既有建筑物的安全性, 并以工程实测数据为依据, 总结出盾构穿越施工对建筑物沉降的影响规律。
1 工程概况
1.1 盾构双线隧道基本情况
武汉轨道交通L2中山公园站—循礼门站区间隧道工程左线全长1 018 m, 合计管片675环, 右线全长1 000 m, 合计管片662环。隧道管片外径6 000 mm, 管片内径5 400 mm, 管片环宽1.5 m。
盾构穿越建 (构) 筑物群位于270~375环之间。该区域隧道顶部埋深17~20 m, 底部埋深23~26 m, 主要处于粉砂层中。该区域粉砂层压缩模量为12.0 MPa, 具低压缩性;抗剪指标φ值约为28°;标贯击数一般为11.1~26.0击, 平均21.2击;承载力特征值为130 k Pa。局部处于粉细砂层中, 其压缩模量为14.0 MPa, 具低压缩性;抗剪指标φ值约为30°;标贯击数一般为16~30击, 平均24.5击;承载力特征值为150 k Pa。
1.2 盾构双线隧道穿越建筑群情况
该区间隧道共计需穿越4栋7~8层的房屋, 其中下穿1栋7层的、3栋8层的建筑物。这些建筑物建造年代较早, 较多建筑物的基础形式未能收集到图纸, 只能通过相关人员和向一些老居民了解情况。
施工前, 委托专业的房屋鉴定机构对所需穿越的建构筑物进行房屋鉴定工作, 具体情况见表1。同时确定每栋建构筑物所对应隧道上方具体方位, 左右线隧道与上方建构筑物平面位置及监测点布设情况见图1。
2 盾构穿越建筑物群风险控制措施
盾构机穿越建 (构) 筑物群区域埋深约17 m, 掘进地层主要为粉砂层, 局部为粉细砂层, 地层承压水位及渗透系数均较高, 且粉细砂层粉细颗粒含量较高, 泥浆分离困难, 在盾构掘进时掌子面易发生坍塌, 从而导致隧道上方建构筑物开裂甚至垮塌[1]。因此明确施工指导思想:“安全、连续、快速、均衡通过建 (构) 筑物”, 建立“压力合理、防范失水、快速掘进、注浆充分、严密监测、快速反馈、预案恰当”的施工准则。
2.1 地面预加固处理
地面处理主要采用对地面建构筑物进行预注浆加固的施工方案[2]。对地面建构筑物进行预注浆加固主要采用袖阀管注浆加固, 即通过较高压力将水泥浆注入土层内部, 起到挤密和充填作用, 迫使土层孔隙内的部分或大部分水和空气排去, 加快土层的固结稳定, 阻止或控制建 (构) 筑物不均匀沉陷。该工程施工工序流程见图2。
2.2 盾构隧道洞内注浆
隧道内处理采用优化管片设计、控制盾构掘进参数及注浆措施。优化管片设计即在盾构所需穿越建构筑物群区域, 在原设计管片上新增10个预埋注浆孔, 必要时可在洞内进行深层注浆加固隧道上方地层, 有利保护地面建构筑物的安全。
注浆措施分为同步注浆和二次注浆。同步注浆在盾构掘进过程中管片脱离盾尾时进行, 使之充分填充管片背后的环形间隙[3]。在盾构穿越建构筑物区域时, 现场为了保证同步注浆质量, 加大同步注浆浆液中水泥的含量, 每一环的同步注浆注浆量≥7 m3, 注浆压力≥0.25 MPa。其砂浆施工配合比见表2。
施工现场由于盾构机后配套占用空间较大, 因此在盾构机后配套整个设备脱出管片后, 才进行二次注浆。二次注浆浆液采用水泥-水玻璃双液浆, 水泥浆、水玻璃体积比为1∶1, 水泥采用P.O.32.5普通硅酸盐水泥, 水泥浆水灰比为1∶1, 注浆压力≥0.3 MPa。当建筑物沉降过大或危及到房屋安全时, 应立即启动洞内深层注浆, 深层注浆管设计采用直径为40 mm注浆管, 注浆压力为0.3~0.7 MPa, 在靠近隧道管片时采用小压力注浆, 注浆应遵循少量多次的原则。
2.3 盾构施工参数控制
盾构参数的控制在盾构距离穿越建构筑物100 m时, 将该100 m范围定为试掘进段, 通过实际施工过程中地表沉降情况确定盾构穿越建构筑物期间的掘进参数, 尽量减小对穿越建筑物的影响。通过穿越前盾构参数的调整, 针对盾构穿越建构筑物区域的掘进参数控制:泥水仓压力为0.13~0.21 MPa、刀盘转速1.6~1.7 r/min、掘进推力1 300~1 600 t、掘进速度30~40 mm/min、盾构机水平及垂直姿态控制在±15 mm以内。同时, 由于粉细砂层粉细颗粒含量较高, 泥浆分离困难, 每掘进一环都应对泥水处理系统分离出来的渣土进行统计, 严格控制出渣量, 每一环的出渣量应为56~58 m3。
2.4 应急联动综合控制
为了确保盾构穿越建构筑物的安全, 除了上述技术措施外, 还制订相应的管理措施, 例如编制专项的应急预案、组建应急小组。若现场发现建筑物倾斜、沉降过大已危及居住人员时应立即上报, 由救援小组组长启动救援预案, 专职人员负责做好居民的疏散、撤离工作, 同时在隧道内所对应位置进行深层注浆, 控制房屋后续沉降, 对地面进行加固, 稳定房屋基础。
3 穿越建筑群沉降影响分析
3.1 盾构穿越建筑群过程
左线盾构于2011年5月22日开始穿越建构筑物群, 6月15日穿越完成。右线盾构于2011年9月2日开始穿越建构筑物群, 9月12日穿越完成。具体情况见表3。
在盾构整个穿越过程中, 沉降量最大的建筑物是循礼村88号, 达到了19.29~60.11 mm, 而整个建筑群的沉降范围在6.10 mm到62.78 mm之间, 最大差异沉降则是43.69 mm。左右线盾构穿越对建筑群沉降造成的影响分别为0.33~14.86 mm和1.27~44.79 mm (见表4) 。
3.2 西马后路12、14号楼盾构穿越工后分析评估
建筑物监测点FR3-1~FR3-6布设在西马后路12、14号楼上, 对应左线管片环数为287~308环。对应右线管片环数为290~317环。该房屋经鉴定为D级整栋危房。左线盾构由5月24日开始掘进第287环, 至5月28日盾构盾尾脱出第308环。右线盾构由9月3日开始掘进第290环, 至9月5日盾构盾尾脱出第317环。第三方监测数据分析见图3、图4。
左线侧穿、右线下穿建筑物。对第三方数据进行分析, 左、右线开始穿越时, 建筑物沉降量迅速升高。左线盾尾拖出1 d后 (即5月29日) , 右线盾尾拖出3 d后 (即9月8日) , 建筑物沉降趋于稳定。穿越至稳定过程中总沉降量为6.10~44.22 mm, 其中左、右线对沉降量的影响分别是0.33~7.94 mm和1.27~34.48 mm, 而最大差异沉降量达到38.12 mm。
3.3 循礼村88号楼盾构穿越工后分析评估
建筑物监测点FR5-1~FR5-5布设在循礼村88号楼上, 对应左线管片环数为340~355环。对应右线管片环数为350~365环。该房屋经鉴定为D级整栋危房。左线盾构由6月1日开始掘进第340环, 至6月3日盾构掘进至355环, 且暂停掘进。6月13日, 盾构再次开始掘进, 且盾尾拖出第355环。右线盾构由9月9日开始掘进第350环, 至9月10日盾尾拖出第365环。第三方监测数据分析见图5、图6。
左线侧穿、右线下穿建筑物。对第三方数据进行分析, 左、右线开始掘进时, 建筑物沉降量迅速升高。
左线盾尾拖出6 d后 (即6月19日) , 右线盾尾拖出3 d后 (即9月13日) , 建筑物沉降趋于稳定。穿越至稳定过程中总沉降量为19.29~60.11 mm, 其中左、右线对沉降量的影响分别是3.76~11.01 mm和13.45~38.52 mm, 而最大差异沉降量达到了40.82 mm。
3.4 循礼村87号楼盾构穿越工后分析评估
建筑物监测点FR6-1~FR6-3布设在循礼村87号楼上, 对应左线管片环数为357~372环。对应右线管片环数为360~375环。该房屋经鉴定为D级整栋危房。
左线盾构由6月3日开始掘进第357环, 至6月15日盾构盾尾拖出355环, 中途时间进行隧道内二次注浆。右线盾构由9月10日开始掘进第360环, 至9月11日盾尾拖出第375环。第三方监测数据分析见图7、图8。
左、右线盾构均侧穿建筑物。对第三方数据进行分析, 左、右线开始掘进时, 建筑物沉降量迅速升高。左线盾尾拖出5 d后即 (6月20日) , 右线盾尾拖出4 d后 (即9月15日) , 建筑物沉降趋于稳定。穿越至稳定过程中总沉降量为15.26~48.92 mm, 其中左、右线对沉降量的影响分别是1.84~7.36 mm和12.75~38.98 mm, 而最大差异沉降量达到33.66 mm。
4 结语
1) 轨道交通盾构双线隧道穿越建筑群过程中, 造成的最大和最小累计沉降分别为62.78 mm和6.10 mm, 最大差异沉降达到43.69 mm。开挖过程中建筑物均未出现有害裂缝, 有效地满足盾构穿越后建筑物的安全及使用要求。
2) 建筑物的沉降主要发生在轨道交通盾构隧道穿越建筑物的区间段内, 盾尾拖出建筑物后3~7 d建筑物沉降会呈现出收敛趋势;随着盾构的掘进, 建筑物的横向倾斜逐渐增大, 纵向倾斜量在开挖面位于建筑物中线附近时达到最大。
3) 建筑物的基础形式和盾构的穿越方式会影响沉降量的大小。本工程中, 同条隧道以同种形式穿越建筑物时, 整板基础的建筑物沉降量比天然基础小2.56~12.18 mm。
4) 盾构穿越建筑群施工时应综合考虑区间隧道的埋深、地质情况以及与建 (构) 筑物的空间关系, 以安全、连续、快速、均衡通过建 (构) 筑物的施工指导思想, 建立压力合理、防范失水、快速掘进、注浆充分、严密监测、快速反馈、预案恰当的施工准则。
参考文献
[1]李发勇.粉细砂地层盾构施工风险分析与应对措施[J].隧道建设, 2009 (6) :668-677.
[2]王辉.建 (构) 筑物下盾构掘进施工隆沉控制[J].铁道工程学报, 2011 (7) :94-98.
[3]丁烈云, 李炜明.武汉地铁施工对轻轨桥梁影响的数值与监测分析[J].铁道工程学报, 2010 (11) :87-90.
轨道交通盾构隧道 篇2
关于进一步加强轨道交通区间隧道旁通道施工管理的通知
各有关单位：
旁通道是轨道交通区间隧道施工中的重大风险源，由于其所处位置特殊，一旦发生险情，抢险极其困难，极易对工程、周边环境等造成灾难性影响。目前正值夏季汛期，暴雨、台风等恶劣天气多发，且外界环境温度高、地下水丰富、地下水位变化大，极易引发旁通道施工的各类风险。我们在日常检查中发现，旁通道施工现场管理仍存在总包管理不到位、监理监管不到位、监测工作不到位、专业施工单位融沉注浆工作不到位等现象，同时在应对恶劣气候条件的应急措施、设施、手段等方面也存在不到位现象。
为防止旁通道施工恶性险情的发生，确保轨道交通工程及周边环境等安全，要求参建各方进一步强化对旁通道施工管理，特别是夏季施工的管理。现就进一步加强轨道交通区间隧道旁通道施工管理通知如下：
一、严格落实区间隧道旁通道现场施工的有关措施
（一）设置防水坝。
区间隧道施工单位须在盾构工作井周边设置防水坝，其构筑高度须超过自然地面标高至少30CM；旁通道施工单位须在两条隧道两端四个洞口设置防水坝，其构筑高度须超过标准段底板标高至少30CM，同时须设置专人负责对防水坝进行巡视，修补。
（二）建立风险工程相关方告知和确认制度。
旁通道作为区间隧道施工的重大风险，在旁通道施工之前，必须由区间隧道施工监理单位组织区间隧道施工单位、专业旁通道施工单位，将旁通道施工计划及施工配合要求（特别是旁通道施工期内严禁向区间隧道内排水），告知区间隧道两侧施工总承包单位和监理单位的项目经理和总监理工程师，并召开确认会进行确认。
（三）应急设备、物资等必须落实到工作面，并确保有效。旁通道施工排水所需的各类设备、支撑用圆木、拉接用槽钢、旁通道应急门、小井盖板、液氮、注浆泵、空压机、砂石料、水泥、水玻璃等必须根据旁通道应急预案要求落实到工作面，并确保在整个施工期内有效。监理单位须对各类应急设备、物资等有效性进行检查确认，并留有验收记录。
（四）以上措施作为旁通道开工验收条件必须予以落实。
二、进一步做好旁通道施工专项方案的编制及深化工作
（一）旁通道施工专项方案应由区间隧道施工单位组织专业旁通道施工单位、监测单位进行编制。
（二）旁通道施工专项方案应充分体现对旁通道施工的总体筹划安排、强化同步实施、尽早实施的原则。
（三）旁通道施工专项方案须强化对本工程的风险分析和防范，强化对旁通道施工不同阶段可能出现的风险及其应急措施和手段的落实。强化从施工场布开始就考虑应急物资、设备、材料的堆放、到位和应急措施、手段的实施及其应急措施实施的有效。
（四）根据冻结法施工特点及旁通道施工的不同阶段，结合工程水文地质及环境条件，明确不同监测项目的不同报警值，确保有效报警。
（五）根据旁通道施工期的气候条件，特别是夏季施工须落实相应的防范措施和手段，如保温措施、测温工作等。
（六）针对处于⑤层土中可能存在沼气等不良地质现象的旁通道施工，落实打孔后注浆等防范措施。
（七）要细化和深化旁通道融沉注浆方案。
三、强化旁通道施工过程的管理
（一）监测单位须强化对旁通道施工的监测工作，按信息化监测要求实施同步监测。监测单位作为责任单位必须落实“打钻前、开冻前、挖洞门前、结构完、融沉完”五次的“各方”（指总承包方、监理方、业主方、专业施工单位、监测单位及第三方隧道测量单位）确认工作。
（二）旁通道施工单位须严格按旁通道施工专项方案落实各项施工措施，特别是在夏季施工须采用各项措施确保打孔精度。强
化对盐水温度及盐水液位等监测工作；强化对冻土等测温工作管理；强化对融沉注浆工作管理；区间隧道施工单位须组织好旁通道施工，监理单位须强化对旁通道施工全过程的监控，特别是对打孔、开挖结构施工、融沉注浆等阶段必须实施旁站试监理，做好相应的旁站记录。
（三）旁通道施工质量安全督导队须根据以上要求，配合项目公司进一步强化和深化对旁通道施工全过程及参建各方的监管。对不符要求或未严格履行职责的参建各方（包括相邻车站及监理单位），应严格按《关于调整上海轨道交通工程建设安全责任违约金管理规定的通知》[沪地铁（2008）248号]、《关于进一步加强施工现场建设监理动态管理及考核的通知》[沪地铁（2008）246号]、《关于进一步加强施工现场监测管理工作的通知》[沪地铁（2008）30号]、《关于进一步加强轨道交通建设项目分包管理的通知》[沪地铁（2006）360号]等文件要求进行严肃处理。
二〇〇八年八月十五日
主题词：轨道交通旁通道管理通知
抄送：各施工单位、各监理单位；内发：合约法规部、技术管理部。
上海申通地铁集团有限公司办公室2008年8月15日印发
轨道交通盾构隧道 篇3
苏州市轨道2号线总共15个区间采用盾构法施工,沿线多数区间将下穿或侧穿居民小区、厂房、市保护性建筑等总共400余栋房屋。施工环境复杂,工程安全风险控制难度大。而且苏州市轨道交通2号线穿越典型富水软弱土层,地层条件的特殊性和复杂性更增加了施工安全控制的难度。盾构隧道同步注浆能够及时填充盾尾建筑空隙,是控制地层沉降的核心手段,也是确保地表建(构)筑物安全的关键措施,目前应用的注浆材料如惰性浆液存在凝结时间长、固结体强度低、体积收缩率大的缺点,普通可硬性浆液凝结时间短、易堵管、抗水分散性较差的缺点,均存在充填性、流动性、固结强度三者之间不相匹配等问题[1,2]。
苏州轨道公司为实现浆液充填性、流动性、固结强度三者之间的良好匹配,在轨道交通2号线盾构穿越房屋课题组研究基础上,决定在2号线采用准厚浆进行同步注浆,以控制地表及建筑物沉降。本文从原理到工程实践对新型浆液的应用进行探讨,为其他同行提供思路。
2 注浆的组成材料及参数对浆液性能的影响
粉煤灰作为浆液组成,可提供浆液固结强度、调节浆液凝结时间、改善浆液的和易性;生石灰能增大浆液的黏度,并有一定的固结作用;膨润土可以减缓浆液的材料分离,降低泌水率,并具有一定的防渗作用;砂作为填充料[3]。
2.1 同步注浆浆液各组成参数对浆液稠度的影响
浆液稠度表示浆液的稀稠程度,它从总体上可表征浆液的流动性。同步注浆浆液稠度决定了浆液在施工时的可泵性和填充性。浆液太稀,注浆后注浆容易流窜到尾隙以外的其它区域,浆液太稠,则流动性很差,泵送性差,甚至无法泵送。
本工程同步注浆浆液稠度要求为10～12 cm。根据以往试验结果表明:粉灰比(粉煤灰与石灰的质量比)对惰性浆液的稠度影响极小,可以忽略不计。影响惰性浆液稠度的主要因素是水胶比和膨水比(膨润土与水的质量比),其次是胶砂比[4]。因此,在保证浆液凝结时间、倾析率、抗压强度等指标的基础上,适当地增大水胶比或减小膨水比均可提高浆液的稠度。
2.2 同步注浆浆液各组成参数对浆液凝结时间的影响
同步注浆浆液的凝结时间是浆液性能的重要参数之一,同步注浆浆液的凝结时间越长,浆液越容易发生向盾构开挖面泄漏和在土体内流失的情况,容易被地下水和开挖面后窜的泥浆稀释,从而对约束管片和控制地层位移不利。但是同步注浆浆液凝结时间太短会造成浆液还没有完全充填盾尾空隙,就失去了流动性,导致填充效果不好。另外,过短的凝结时间还容易造成注浆管的堵管现象,对施工控制要求较高。不同地质条件、地下水状况和不同工况对浆液的凝结时间要求不一样。对于自稳能力较差的富水地层,为了防止浆液被地下水稀释而改变其浆液性能,在要求浆液的保水性能好、不离析的同时,适当缩短浆液的凝结时间比较好。对于盾构进、出洞段,在考虑地质条件的同时,一般也要求缩短浆液凝结时间,以便尽早获得固结体强度。
本工程对同步注浆浆液凝结时间要求为12～16 h。根据以往试验结果表明:粉灰比对单液活性同步注浆浆液凝结时间的影响极小可忽略不计,而膨水比、胶砂比、水胶比对浆液凝结时间影响比较明显,是调整浆液凝结时间的主要考虑因素。因此,针对本工程软弱地层、富水地层的实际情况,浆液配比在保证浆液稠度、倾析率、强度等指标的基础上可作出以下调整:根据需要在保持其他参数不变的情况下,可适当减小水胶比或胶砂比,或增大膨水比,缩短浆液的凝结时间。
2.3 同步注浆浆液各组成参数对浆液倾析率的影响
同步注浆浆液的倾析率为单位体积的浆液中固体颗粒下沉时与粒料分离所泌水的体积大小,是以体积百分数表示的泌水率。浆液的倾析率可反映浆液的稳定性、抗离析性,也是评价同步注浆浆液性能的重要参数之一。倾析率越小,表示浆液越稳定,浆液抗离析性越好;反之,浆液越不稳定,浆液抗离析性差,在同步注浆过程中越容易发生堵管现象。因此,同步注浆浆液要求其倾析率越小越好。
本工程对同步注浆浆液倾析率要求为5%～10%。根据以往试验结果表明:粉灰比和胶砂比对浆液倾析率的影响极小,均可忽略不计,而水胶比和膨水比是影响浆液倾析率的主要因素。对于本工程富水软弱地层,同步注浆浆液在保证浆液稠度、凝结时间、强度等指标的基础上,还要求浆液的保水性好、不离析。因此,其浆液配比需要作出以下调整:在保持其它组成参数不变的条件下,可适当减小水胶比或者提高膨水比。
2.4 同步注浆浆液各组成参数对浆液抗压强度的影响
由盾构隧道管片背后注浆的目的可知,用于同步注浆的浆液必须具有一定的早期和后期强度,这样浆液在盾尾空隙形成及时填充后,使围岩与管片衬砌连成一体,可有效防止岩体的坍塌,控制地表的沉降。
本工程对同步注浆浆液7 d抗压强度要求为0.4 MPa,14d抗压强度为1.0 MPa。根据以往试验结果表明:浆液各组成参数水胶比、胶砂比、粉灰比和膨水比对浆液抗压强度影响变化是一致的,影响浆液抗压强度的主要因素均是粉灰比和水胶比,膨水比和胶砂比对其影响比较小。随着粉灰比和水胶比的增大,浆液抗压强度呈下降趋势。因此,在保证浆液稠度、凝结时间、倾析率等指标的基础上,适当减小粉灰比或水胶比均可提高浆液的抗压强度。
2.5 施工现场配合比确定
在综合考虑稠度、凝结时间、倾析率、抗压强度的条件下,确定水胶比为1,胶砂比为1.3～1.4,粉灰比为4.2～4.4,膨水比为0.15～0.17,最后在现场试拌和试验的基础上,得出如下配比:石灰53 kg、粉煤灰225 kg、膨润土50 kg、砂子200 kg、水300 kg。制备的同步注浆浆液稠度10～13 cm、凝结时间7～8 h、7 d抗压强度不低于0.4 MPa、14 d抗压强度不低于1.0 MPa、泌水率不大于60%,均能满足苏州轨道公司要求。而且现场实际应用过程中观察到拌合浆液流动性较好、抗水分散性较好、充填性较好、体积收缩性小。
3 现场应用效果
苏州轨道交通2号线11标(石湖路～迎春南路)区间隧道,地表有建筑物,隧道覆土依次为(1)1杂填土层,平均层厚1.50 m,(1)3素填土层,平均层厚1.66 m,(2)1黏土,平均层厚1.90 m,(2)2粉质黏土,平均层厚2.66 m,(3)1黏土,平均层厚3.09 m,(3)2粉质黏土,平均层厚2.75 m,(4)1粉土,平均层厚3.15 m,(4)2粉质黏土,平均层厚7.85 m,(4)3粉砂,平均层厚6.99 m,(4)4粉土夹粉砂,平均层厚8.20 m,(4)5粉质黏土,平均层厚9.24 m,(4)6粉质黏土,平均层厚27.06 m。
石～迎区间隧道洞身穿越地层主要为:(4)2粉质黏土层、(4)3粉砂层和(4)5粉质黏土层,(4)2粉质黏土:灰色,流塑,夹薄层粉土,稍有光泽,干强度、韧性中等,无摇振反应。为第四系晚更新统海陆交互相沉积物,层厚3.60～9.50 m,平均层厚7.85 m,层底标高-15.90～-9.79 m,层顶标高-9.95～-5.20 m,该层压缩性中等偏高。(4)3粉砂:灰色,中密,局部密实,饱和,局部为粉土,主要矿物成分为石英、长石,含云母,局部夹薄层粉质黏土,无光泽,干强度、韧性低,摇振反应迅速。为第四系晚更新统海陆交互相沉积物,层厚3.00～10.10 m,平均层厚6.99m,层底标高-16.62～-10.66 m,层顶标高-9.79～-5.98 m,该层压缩性中等偏低,为微承压含水层,透水性较好。(4)5粉质黏土:灰色,流塑,夹薄层粉土,局部夹淤泥质粉质黏土薄层,下部见有机质斑点,局部偶见贝壳碎屑及腐植物,稍有光泽,干强度、韧性中等,无摇振反应。为第四系晚更新统海陆交互相沉积物,层厚1.30～22.10 m,平均层厚9.24 m,层底标高-35.99～-17.14 m,层顶标高-20.48～-10.66 m,该层压缩性中等偏高。该试段隧道顶部距地表在10～15 m左右。
该掘进段内盾构穿越的建筑物为大酒店、原街道办事处、居民小区、商业会所等,包括2栋1层砖混结构简易房,1栋2层砖混结构,2个3层楼高小区,1栋4层楼办公楼,1栋6层办公写字楼,基础有桩基础以及条形基础。
建筑物变形监测点是根据建筑物变形结构分析所需要的关键部位进行观测点的布设,如在建筑物的外墙角、内窗边角、立柱等突出部位布设,共布设房屋沉降监测点50个。地面轴线沉降监测点分为平行于隧道轴线、垂直于隧道轴线。平行于隧道轴线的沉降监测点在隧道弯道处、地质条件差及其它重点地段加密,每10 m左右布设1点。垂直于轴线的沉降监测点加密区每10 m左右布设1组长60 m的断面,每断面为11点;一般区域每30 m一组断面,每断面11点。
监测频率为每天上午7:00和下午16:00各1次。
监测结果显示,该掘进段盾构穿越房屋最大沉降值为-9.1mm,最大隆起值为5.01 mm,建筑物最大差异沉降值为2.9 mm。盾构所穿越的建筑物沉降变形较小。每环注浆量4.0～4.5 m3,实现了地表最终沉降在-4 mm以内,效果非常显著。
由此可见,新型浆液在苏州典型粉质黏土层和富水粉细砂层中的应用取得了成功,同时也说明了新型浆液对不同地层的适应性良好。
参考文献
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轨道交通盾构隧道 篇4
关键词：盾构,轻轨轨道,沉降
城市交通水平是城市发展的重要瓶颈,也是城市发展水平的载体。一旦城市人口突破1000万,巨大的人口数量所形成的通道式客流需求不容忽视。地铁施工过程也和其他地下施工过程一样,具有对天然土体扰动,影响其力学稳定性的通病,使施工区域土体的应力状态产生转变,对附近一些设施如轻轨轨道、房屋建筑物产生不同程度上的影响,情况严重的甚至会损坏周边的设施和建筑。因此,盾构技术作为如今地铁施工的一个主要技术,其施工过程对于轻轨轨道的影响情况十分非常重要,且具有较大的现实意义。
1 盾构施工方法简介
在我国19世纪50年代,在辽宁省的煤矿施工过程中运用了手掘式盾构设备。由于改革开放的影响,上海区域的盾构技术发展速度在整个中国而言都是十分迅速的,从20世纪60年代的实验失败到后来曹溪公园实验隧道的顺利完工,国内相关技术水平处于飞速发展的趋势。在20世纪80年代末期,国内顺利完成了首个土压平衡盾构设备。21世纪以来,国产的盾构配套液压元件、监测系统逐步接近世界先进技术水平。
1.1 施工特点
盾构法相比其他地铁施工技术主要具有以下特点:(1)盾构法施工过程主要运用施工机械进行地下土体清除工作,对于附近环境污染较小,并且对于施工空间要求不高,很适合在土地资源日益紧张的大城市中进行施工作业;(2)盾构法在施工深度较大时扔可正常作业,部分施工技术如浅埋开挖法对于施工深度游一定限制;(3)盾构法过程中主要运用施工机械,相比人工作业正常运行时施工效率更高,但是工期也容易受到设备运行状态限制;(4)盾构法施工参数要求较为精确,对于操作水平和地质条件都有较高的要求;(5)盾构设备购买陈本和后期保养成本相对较高。
1.2 盾构施工阶段主要技术环节
1.2.1 土体开挖以及开挖面支护
(1)随着地质条件的差异,盾构机刀盘需要多个类型的刀片,在地下隧道施工过程中,动力系统推动刀盘转动,同时通过千斤顶提供反力促使盾构机往前运动,同时通过密闭舱向开挖面附近的土体输入改良剂并进行搅拌处理,然后通过螺旋传送机导出废土,土体的排出量控制在开挖过程中十分重要。(2)盾构的推进与衬砌拼装盾构机在推进过程中,要克服多个因素造成的阻力,其中包括盾构机前方、侧面的土压力、施工机械内部零件之间的咬合力等。在盾构机前进过程中,对于千斤顶提供的反力大小需要密切注意,如果反力大小控制不当,很容易使得土体受到挤压而造成地表土体变形,对周边地面设施造成影响甚至是破坏;如果反力过小,则盾构机推进速度十分缓慢,使得施工效率低下,从而影响施工进度。当完成一个工作环的推进后,将提前浇筑成的衬砌管片运送到隧道内,降低千斤顶内的压力,运用管片拼装机对衬砌管片进行组装,过程中必须保证连接螺栓扭紧,控制环向、纵向错台在误差允许范围之内。
1.2.2 盾尾注浆
盾壳在千斤顶的作用力支持下向前推动,当盾壳移出后在砌管片和地下土体会产生一个环形分布的空间,使得周围土体应力状态改变,导致地层产生变形。此时,需要对盾尾产生的额外空间利用浆液填实。
2 盾构法施工对地表沉降影响机理
2.1 地层沉降原理
盾构法隧道施工时,对于附近的土层稳定性存在较大的扰动,这种扰动主要通过2种模式发生,第一种是隧道四周土体稳定状态被破坏已经土体的有效应力增加导致土体压缩变形,第二种是土体由于受到外力作用而向地表处运动导致地面变形。
从理论角度进行分析,盾构施工导致的地表变形总量等于地层损失量于土体变形量之和。所谓地层损失,是指在盾构施工期间,由于实际排出的土方量与设计排出量之间总是存在误差,工程上面用地层损失率来研究地层损失与设计排土量的比例关系。
对圆形盾构通常可以使用以下公式进行计算地层损失,
式中,vo为理论土体开挖量,ro是指盾构外径,L为掘进长度,v为实际土体开挖量,vs为地层损失。
地层损失主要根据形成原因分为3类,正常原因损失、非正常原因损失以及灾害性损失。第一种情况是指在整个盾构施工过程完全符合隧道施工要求的情况下,形成的地层损失主要来自于施工对象的特点以及是施工技术水平限制,因此此类损失量通常变化幅度较小。第二类损失则是指施工过程由于人为因素等主管原因发生地层损失。第二类损失则是在特殊情况下由于盾构施工对于地层影响过大,引发成爆发性崩塌,造成大面积坍方的灾害性地层损失,这类损失通常与独特的地质条件有关。
2.2 影响地表沉降的主要因素
盾构法对于地面沉降的影响因素可以概括为下面5类。(1)土仓压力:土仓压力对于地面沉降与否具有直接关系,如果开挖面主动土压力小于土仓压力时,四周土体很可能会丧失稳定性引起地表沉降,反之,可能发生地表隆起。(2)出渣量:如果实际排土量没有达到实际要求时,盾构前方土体会受到主动土压力作用而引起地表变形,如果发生过大的地层损失也会引起地面沉降。(3)注浆:注浆过程中如果操作不当,会使得四周土体向盾尾移动或者浆液顺着岩土裂隙渗透入岩土体导致地层扰动。(4)水位:在地下水十分丰富的情况下,盾构施工必然要通过降水或排水进行地下水处理,这个过程往往伴随着土体内的孔隙水压力减小而产生沉降。在地下水位较高或者水压力较大的地质条件下施工时,人工进行降水或者施工时产生漏水都会引起地基的沉降。(5)固结沉降:超孔隙水的压力消散引起的主固结沉降和土层蠕动产生的次固结沉降都会对地表沉降有所影响。
3 盾构法施工对轻轨轨道的沉降控制技术研究
3.1 盾构法施工附近轻轨轨道损害形式
国外研究人员将隧道开挖对周边构筑物的损害划分为3类:影响构筑物外表(包括倾斜、裂缝)、影响使用功能、影响稳定性。盾构法施工会影响周围土体的应力状态,某些情况下还会改变施工区域的地下水径流条件,因此盾构施工过程在很多方面都会影响到土体的稳定性和变形。土体的变形则会影响上部的地基和基础,最终影响了轻轨轨道的稳定性和功能,严重的使得轻轨轨道发生变形。从另外的角度来看,轻轨轨道也会对下伏地层产生一定的约束作用。
3.2 沉降控制技术
盾构法施工技术中,对于沉降控制按照能动性进行分类主要分为主动控制和被动控制。前者主要是指在盾构施工过程中通过调整技术参数进行沉降优化,并且运用动态控制的思路在整个施工过程中进行实时监控和调整。
3.2.1 主动控制措施
(1)地铁路线设计时应考虑地表沉降可能对轻轨轨道的影响,地铁线路应尽量避开轻轨轨道密集区。施工设计时应考虑二次沉降的对于轻轨的危害,并应及时采集监测数据并反馈以指导施工。
(2)合理设定土仓压力并保持开挖面稳定,由于盾构推进过程中土压力受到较多因素影响,因此在实际工程中需要通过排土量、仓内外土压等进行控制从而维持开挖面的平衡状态。
3.2.2 被动控制措施
(1)结构本体加固措施:目前常用的结构构加固方法主要有外包钢加固法以及增大截面法。
(2)地基基础的加固措施:目前常用的方法主要有高压喷射注浆法、挤密桩加固法、扩大基础加固法等。
4 结束语
本文通过对盾构法施工技术的研究主要得出以下结论:(1)盾构法隧道施工时,对于附近的土层稳定性存在较大的扰动,这种扰动主要通过2种模式发生,第1种是隧道四周土体稳定状态被破坏已经土体的有效应力增加导致土体压缩变形,第2种是土体由于受到外力作用而向地表处运动导致地面变形。(2)盾构法引起地表沉降的主要因素主要有土仓压力、出渣量、注浆量、水位、固结沉降等。(3)盾构法施工技术中,对于沉降控制按照能动性进行分类主要分为主动控制和被动控制。
参考文献
轨道交通盾构隧道 篇5
关键词：轨道,交通工程,盾构法,施工阶段,控制风险思路
1 盾构施工法
1.1 概述
盾构施工法就是全断面隧道掘进机的隧道施工方法, 依靠旋转推进刀盘, 通过盘形滚刀法造成岩石的破碎, 最后使得隧道全断面一次成型的施工法。
1.2 施工简述
利用盾构法建设隧道, 首先要在建造完成的工作井内进行盾构的安装, 并加以调试和试运转, 将所有准备工作按照施工要求一一落实, 然后沿着先前设计完毕的轴线向地层方向进行掘进施工, 直到到达终点时, 方可测量隧道现状的位置, 同时还要采取行之有效的方法, 在盾构准确的进入之前, 要设计好接收井基座, 将盾构安放在基座上, 任务方可基本完成。
在施工阶段, 风险因素有很多, 像盾构进出洞、穿越既有地铁设施等, 在这些过程中都会存在很大的风险因素, 影响施工的进行, 因此, 下文就将可能遇到的施工风险进行简要概述。
2 施工阶段的盾构风险因素
盾构进洞的基本流程是:首先是施工前的准备工作, 要对轴线、地表沉降等进行测量、测定盾构机位置、盾构停止推进, 进行背后注浆, 同时也要进行进洞段的地基处理、加固土体及盾构基座的安装等;然后进行洞门的拆除, 盾构掘进, 接着拼装管片;盾构进洞后, 洞门进行封堵, 并注浆, 最后将盾构坐上基座。
2.1 盾构进出洞存在的风险
2.1.1 工作井的洞门出现涌土的现象
盾构在进出洞之前, 要先将洞门进行必要的拆除, 拆除洞门的过程中, 由于地基的加固工作未做好, 或者是不利的地质因素等, 会造成洞门外的水土涌入工作井。
2.1.2 盾构基座可能发生局部的变形
在盾构进出洞时, 盾构的基座有可能发生局部的变形, 进而影响到盾构的姿态, 使其偏离设计轴线, 对洞门内的止水装置的安全造成不利影响。盾构后靠也会发生变形或者位移。
2.1.3 刀盘冻结风险
盾构施工阶段, 由于盾构进出洞地基的加固方法采用的是冻结法, 因此, 进行当盾构进出洞作业时, 如果未采取有效的预防措施, 刀盘很容易发生冻结的现象, 影响盾构的正常推进, 必须要凭借解冻措施, 此时, 极易发生水土流失的风险。刀盘在切削加固土体时突然停机就是刀盘冻结的体现。
2.1.4 轴线偏离
当盾构出洞时, 推进轴线会偏离原先规定好的轴线位置。只有当盾构推进一段距离之后, 才能尽量将隧道设计轴线进行合理的控制;盾构进洞时也会发生轴线偏离的现象, 在进行掘进施工时, 掘进轴线偏离预先设计好的轴线, 使得盾构进洞纠偏比较困难, 不利于准确进洞。
2.2 盾构穿越建筑物时存在的风险
盾构穿越建筑物时, 会对建筑物产生影响, 易造成建筑物的不均匀沉降, 发生倾斜, 甚至造成建筑物的损坏, 不利于建筑物的正常使用。在穿越建筑物过程中, 使建筑物发生不同程度的沉降和连锁反应, 同时使得部分地下管道发生弯曲, 进而影响使用;如果立交桥等发生沉降, 则会影响交通的正常运行;盾构如果正面穿越了桩基, 会影响桩的稳定性, 甚至发生坍塌现象。
2.3 盾构穿越河流等存在的风险
在施工阶段, 盾构如果穿越江河湖泊的防汛堤时, 会造成防汛堤发生沉降现象, 过大的沉降会造成防汛堤的开裂, 甚至影响汛期的防洪效能。盾构掘进施工过程中, 由于出土量存在较大的偏差, 会造成防汛堤变形。当土质条件不好, 或者盾构推进速度过快, 都会造成防汛堤的开裂或变形。
3 盾构施工阶段对风险的控制措施
3.1 盾构进出洞施工阶段的控制措施
3.1.1 控制工作井洞门涌土的措施。
提高施工的质量, 尤其是洞口土体的加固施工, 确保洞口土体加固的强度和均匀性符合设计的要求;拆除洞口进行封门之前, 要将各项的出洞准备工作进行落实;对于洞门的止水装置, 要按照设计要求进行规范的安装, 并在盾构推进阶段进行监控, 同时为了防止刀盘损坏密封圈, 可以对密封圈施加润滑剂, 并将洞门的扇形钢板加以调整, 将密封圈的受力情况加以改善;对于洞门的密封工作一定要做好, 选择设计强度较高及密封性能较好的方式进行密封处理, 并将洞门处的注浆孔进行必要的预留;当盾构进入土体加固处时, 可将正面的平衡压力进行降低;另外, 要对工作井施工期间的遗留问题进行仔细的检查, 并针对问题采取有效的预防和解决措施, 同时需要注意的是:盾构出洞前, 要对工作井的结构进行验收。
3.1.2 控制盾构基座变形的措施。
在进行盾构基座设计的时候, 要保持盾构的夹角轴线与隧道的设计轴线的一致性;对于盾构的基座框架而言, 应具有较大的强度和刚度, 有利于保证盾构基座框架抵抗土体加固产生的推力;要将盾构基座的地面和井底板之间存在的缝隙进行合理的填充, 使接触面积符合设计的要求。
在盾构推进过程中, 盾构的后靠易发生变形, 因此, 要合理控制推进时的总推力, 保证其受力均匀。对于所需的各个构件, 要进行强度和刚度的校验;对于各构件连接处的缝隙, 要进行必要的填充处理, 填充材料一般选用素混凝土及水泥沙浆等, 并进行相关的养护。机械连接时, 要确保连接的可靠性。将后盾支持构件尽快进行安装, 保证后盾支撑系统受到均匀的力。
3.1.3 控制盾构刀盘冻结的措施。
出洞的时候, 要将刀盘的连锁状态进行及时的解除, 保证刀盘运转连续, 不能停机;进行切削加固土体的时候, 要控制好刀盘的推进速度, 避免刀盘发生冻结。
3.1.4 控制轴线偏离的措施。
对于进出洞的轴线偏离, 要选择正确的土体加固方法, 保证加固的强度;要加强施工阶段的质量控制, 保证土体加固的均匀度和强度;对于盾构正面的平衡压力, 要根据设计要求, 进行合理的控制;尽快安装后盾支撑体系, 保证受力均匀;同时还要正确管理和保养操作设备。
3.2 控制盾构穿越障碍物的风险措施
先要对穿越的障碍物进行勘察, 必要时对障碍物进行相关的鉴定, 并采取相应的加固措施, 对障碍物进行结构加固。盾构穿越建筑物之前, 要进行模拟实验, 并根据模拟的结果, 将各项施工的参数进行不断的优化, 最后制定合理的措施。要根据施工的实际情况, 采取相应的措施, 控制盾构的推进速度和平衡压力, 避免产生大范围的波动。对于土体质量不符合要求的, 要进行改良处理, 确保土的和易性满足施工需要。严格控制注浆量, 注浆要及时同步进行, 并控制注浆速度, 尽量使其与盾构推进的速度保持一致。要立足建筑物周围的地面状况, 必要时设置地面跟踪注浆。加强信息化管理, 实施施工阶段的信息化监测。
4 结束语
现代社会的交通压力越来越大, 给人们的出行带来了不利的影响。文章介绍了可以有效缓解交通压力的轨道交通, 对轨道工程施工阶段的风险因素进行了分析, 并结合存在的风险, 提出了控制风险的措施, 希望能从一定程度上保证轨道施工的安全, 避免安全事故的发生。
参考文献
[1]吴海潮.轨道交通工程盾构施工阶段风险研究[J].低温建筑技术, 2013 (02) .
[2]杨秀权.复杂地质盾构隧道安全管理与风险防范对策[J].隧道建设, 2012 (06) .
[3]刘翔.城市轨道交通工程建设施工的风险识别[J].科技风, 2013 (23) .
轨道交通盾构隧道 篇6
1工程地质条件
该工程所处的水文地质情况为:地下水位标高为1.0～1.5 m, 地面以下3 m左右为杂填土, 3～16 m为灰色淤泥质黏土, 16 m以下为一般黏土。
2桥梁拆除及复建
本次需拆复的12座桥梁结构类型比较单一, 均为简支空心板梁桥。
桥梁拆除及复建顺序为在管线迁移工作做好之后, 封闭施工场地范围内的交通, 设立相关警示标志;拆除桥面铺装、栏杆等结构物, 吊离老桥板梁、切割盖梁或承台, 将废弃部分吊离;拔除与盾构有冲突的桩, 施工改建桥梁桩, 恢复盖梁或承台, 恢复桥面结构。
由于中山路为市区东西向交通主干道, 故老桥的拆除顺序与交通组织密切相关。
3施工期间交通组织
本文以西门板桥为例。西门板桥位于中山西路与望京路交叉口西侧, 1991年重建。桥跨16 m, 承台下为ϕ60 cm钻孔桩群桩基础, 桩长约20 m;北侧半幅为1996年扩建, ϕ60 cm钻孔桩, 桩长约18 m。现状桥面总宽43.5 m, 需拆除32 m桥面。
由于桥梁位于市中心区域, 且距离两侧交叉口不足50 m, 故交叉口的交通组织复杂, 成为中山路上的交通瓶颈之一。现状交通组织为两侧设人行道、非机动车道, 机动车道布置为由西向东3车道, 由东向西2车道。交通组织要求桥梁施工期间临时交通车道数不少于现状。
桥梁南侧由于土地原因不能架设便桥, 而北侧空间仅可架设1座2车道便桥, 加上原桥拆除范围较大, 如果一次性拆除盾构区间范围内的老桥, 即使将老桥人行道改造为车道, 也总共只有双向5车道, 所以满足不了此处交通流量的要求。因此, 考虑分两阶段拆除老桥, 第1阶段先拆除南侧老桥22.5 m, 北侧5.5 m人行道改造并拓宽为7.5 m车道, 加上北侧的2车道便桥, 由东向西一共4个车道;南侧剩余的13.5 m桥面也可布置成3个机动车道以及1个2 m宽非机动车道。这样基本满足交通流量的要求。第1阶段交通组织见图1。
第1阶段施工完成后, 将南侧的交通转移至新建桥梁, 北侧交通不变, 然后在转移出来的场合, 进行第2阶段施工 (见图2) 。
4老桥桩基拔除的关键技术
老桥拆除重建过程中, 拔桩是最为关键和复杂的。原钻孔灌注桩钢筋不是全长, 而桩周土的摩阻力较大, 一般不能直接拔除, 需采取技术手段破坏桩周土, 然后采用起重设备吊起桩, 否则可能会断桩。
国内目前地铁建设中遇到类似情况通常采用套管法拔桩工艺。方法是先下钢护管, 然后在护管内进行桩侧土体摩阻力破坏。工艺流程为钢套管套住旧桥桩后打入地下→高压水破坏周围土体, 使桩周土体形成泥水后流出→拔除旧桩→套管内回填复合材料→套管拔出。在清桩过程中及清除后, 还应保证不对周围建筑物产生较大影响。
1) 拔桩设备。
由全回转动力设备和套管两部分组成。其中:全回转动力设备主要是为套管360°回转、刀头切割障碍物等提供动力, 包括上下抱箍夹紧系统和1套竖向顶升系统。钢制桶式套管一方面将顶部驱动设备提供的扭矩和压力传递给刀头, 另一方面在钻进过程中起支护孔壁、防止孔壁坍塌的作用。根据需要钻进的深度情况分长度不同的若干节, 在管口布置刀头。
2) 套管钻进施工工艺。
设备安装及固定, 当灌注桩桩顶混凝土暴露后, 清除桩侧周围垃圾, 将第1节钢套管与灌注桩同心压入。由于钢套管是全回转钻进的, 端部刀头配置了负载控制装置, 可以确保刀头的负载在最合适的范围内, 且钻机在钻进的过程中可任意调节套管的回转扭矩、回转速度、压入力以及夹紧力等的最高值, 并可以根据地质和障碍物情况, 设定发动机的高速、中速、低速, 进行高效施工。沉完第1节钢管, 吊装第2节钢管;位置对准后, 用高强螺栓连接。第2节钢套管压入直至钢套管底部达到预定标高。
3) 高压水减摩。
为减少钢套筒钻入时的摩阻力, 钻入钢套筒时管内插高压水管, 以液化管内泥土, 边冲边下沉, 减少钢套管内侧摩阻力。采用高压水破坏土体时需严格控制水枪插入深度, 要求插入深度小于钢管插入深度2 m, 以确保管内底部土塞效应, 防止套管外侧土体进入管内, 引起地面沉降。
4) 拔桩。
当钢套管钻到桩底标高后, 将桩顶钢筋接长到地面并和锁口管底部焊接牢固, 随后利用全回转自身顶拔力将连带桩的锁口管拔起。为防止在拔除过程中桩底留出的空隙涌入流砂, 给周围环境带来影响, 在整个拔桩过程中持续注浆。
在拔桩过程中, 如起拔力过大, 无法将桩拔出, 则在钢套管内可采取继续用高压水枪冲刷的方法减摩, 直到将桩全部拔除。
5) 桩孔回填。
桩孔填充是本工程重要的一个施工环节。桩孔填充质量的好坏将直接影响到周边土体后期的沉降情况和盾构工程的正常施工。
桩拔除后一边拔除钢套管一边回填水泥土。土体采用塑性较好的盾构土, 填入前在土内掺加7%水泥。当钢套管全部拔除后, 水泥土也同时回填至地面。
5管线迁移工程
根据老桥拆复及交通组织情况, 制订管线迁移计划, 包括各专业管线迁移时间、迁移顺序、迁移范围划分等。管线迁移方案将尽量减少对周边居民影响。煤气、通信、电力采用顶管穿越河道, 给水管采用管线桥方式过河。
6老桥拆复设计中的关键问题
1) 部分桥梁半幅拆除重建, 重建部分与老桥的纵向接缝宜采用可伸缩式, 以满足新、老桥的变形不协调。
2) 为了避开盾构区间, 重建桥梁的盖梁跨度较大。本次设计的盖梁部分采用后张法预应力盖梁。由于预应力张拉需要操作空间, 因此需做好盖梁施工节段的划分。
3) 为了避免新老桥梁的不均匀沉降, 新建桥梁的桩基持力层尽量与老桥位于同一地层中。
4) 老桩拔除工艺较复杂, 且在拔除过程中不可预计问题较多, 因此按照同类工程的设计施工经验, 应在施工前制订专项施工方案。拔除中应加强监测工作, 并根据检测指标不断对拔桩工艺进行优化。
5) 各种管线迁移需有一个明确的计划, 通过协调, 减少对周边的影响。
摘要：以宁波轨道交通1号线老桥拆复为例, 介绍了轨道交通盾构施工中, 为使盾构顺利掘进, 需要将与盾构相碰撞的桥桩先拔除。着重介绍了桥梁拆除施工期间交通组织、老桥桩基拔除关键技术和管线迁移工程等。最后指出桥梁拆复设计中的一些关键问题。
轨道交通明挖隧道工程设计 篇7
本明挖隧道工程呈南北走向,隧道两端与盾构段相连。地理位置在广州市番禺区榄塘村和东沙村一带,地形开阔平坦,多为果园、农田、菜地、水塘。起讫里程为:YDK21+887～YDK23+278,隧道长1 391 m,存车线长264 m,隧道单线总长3 046 m,总建筑面积约17 800 m2。
本工程采用明挖隧道法施工,隧道埋深在3.0 m～7.0 m之间。线路最大纵坡10‰,最小纵坡2‰。线间距为7.789 m→5.0 m→11.864 m变化。本工程线路变化频繁,隧道附属设施较多。
2 工程设计技术及创新要点
1)地铁区间隧道与新光快速路工程结合建设,减少工程投资。由于待建设的新光快速路是番禺区南北走向60 m宽的城市快速主干道,地铁三号线汉市区间隧道沿此道路,地铁工程充分利用新光路的红线范围作为工程用地和施工用地。这样两项工程同用一块地,地铁工程节约施工用地约2.8万m2,并实行统一征地减少较多征地、借地的繁琐过程,争取施工工期。在地铁隧道施工完毕后按路基要求及标高回填土方,减少了路基施工对隧道结构造成的影响。线路设计时结合路面标高,合理调整隧道纵剖面设计,考虑隧道覆土控制在2.5 m～4.5 m之间,有效地控制外荷载,使主体结构断面更合理,降低工程造价。
2)隧道基坑采用放坡大开挖,部分采用搅拌桩加固或土钉支护,取得了良好的经济效益。隧道所经之地多为果园、农田、菜地、鱼塘,基坑边只有少量三层、四层的民房,且地铁区间隧道与新光快速路合建,因此给放坡开挖提供了充足的施工用地。在基坑南端地段受用地、邻近构筑物的影响采用了土钉墙支护。此方案比同等条件下采用ϕ1.0 m钻孔桩加内支撑围护减少工程投资约980万元。
3)区间线路复杂,隧道附属结构多。由于从汉溪站到市桥站区间总长为6 km多,行车速度为100 km/h～120 km/h,除长1.3 km明挖段,其余均为盾构法隧道。明挖段中部左线外侧设置了约260 m长的临时存车线,在存车线起、终点处设置了左右线单渡线,还有地铁区间必要的附属结构:轨排井、联络通道、水泵房、废水池、风机房、跟随所等。
4)首次采用土建结构断面扩大、渐变作卸压,解决减弱压力变化率,满足了运营要求,提高了乘坐的舒适度。 由于单渡线及存车线设置,出现多个左右线互通的大断面,通风系统模拟计算显示,若不对压力突变的地点进行特别处理,列车高速通过中间风井时车头的最高压力变化率将达到990 Pa,车尾的压力变化率也将达到640 Pa,这已经大大超出了标准要求,压力变化率过高将导致乘客耳膜产生刺痛不适感觉。通过分析压力变化率,在存在压力突变的隧道段对卸压方案进行比较。综合运营、经济、施工各方面的优缺点,采用在突变点后100 m隧道段断面扩大、渐变的卸压方案,即结构断面的净宽度及净高度沿隧道纵向渐变,此方案增加土建设计及施工难度,但运营安全性较高,将为以后的地铁运营节省成本。行车速度不受影响,为今后类似工程提供了可借鉴的范例。
5)为满足隧道功能要求,隧道主体结构断面变化频繁、复杂多样,按形式、尺寸等共分有15种断面。分别对每种断面进行断面设计、配筋设计,针对隧道不同地段,满足隧道限界、功能要求的前提下精心设计,设计最经济的结构断面,控制工程量。
6)本着“安全、实用、经济、高效”的原则,遵循以人为本,技术创新的设计理念,利用广州地铁总公司丰富的建设与运营经验,指导本工程的设计和建设。本项目土建工程承包合同价为6 129万元,隧道单线总长为3 046.71 m,单线延米为2.012万元。
3 基坑设计
本明挖段所经之地均为农田、果园,地势开阔而平坦。施工期间对地面沉降要求不严,基坑采用分级放坡开挖方案。
1)设计标准:基坑侧壁安全等级为二级,重要性系数取1.0;基坑边坡抗倾覆稳定系数不小于1.3,抗滑移系数不小于1.3;基坑边坡最大水平位移不大于0.4%H,且不大于50 mm;地面最大沉降不大于0.3%H(H为基坑深度)。荷载取值:水土自重及附加荷载;地面超载为20 kN/m2。砂性土采用水土分算,其余土层采用水土合算。
2)隧道基坑深为9 m～15 m,1∶1分三级放坡,每一坡高控制在5.0 m之内。坡面用纵横间距2.5 m的ϕ16钢钎钉挂网距250 mm的ϕ6.5钢筋网,喷射100 mm厚的C15混凝土护面,并设纵横间距2.5 m的ϕ50泄水管。
3)对于软弱土层边坡地段,在基坑开挖前,采用纵横间距为1 m的ϕ500搅拌桩,预先加固地层。同时对地下水发育地段用相互咬合150 mm的ϕ500搅拌桩作止水帷幕,边坡用纵横间距1 m的ϕ500搅拌桩加固地层,坡脚打ϕ45(t=4)@500,L=2 m的钢管桩一排,以保证基坑边坡的安全。
4)对特殊地段:端头盾构井及施工用地受限制的边坡采用了土钉墙支护,8 m～12 m长纵横间距1.5 m的ϕ28钢筋锚杆,土钉墙坡为65°～75°,坡面挂网、喷混凝土。
5)采用《理正深基坑支护结构设计软件F-SPW》进行局部抗拉设计、整体稳定设计、土钉设计。基坑计算结果见表1～表3。
4 主体结构设计
本明挖段主体结构均为箱形框架结构,有单箱、双箱、三箱、四箱、五箱5种形式,按其结构尺寸大小分,结构断面共有15种之多,并且有不少的断面在宽度及高度上沿其长度方向还是不断有所变化的。
4.1 主体结构按平面框架进行受力分析、配筋设计
主体结构断面汇总见表4。
4.2 主体结构的防水
结构防水设计所遵循原则:“以防为主、防排截堵相结合、因地制宜、综合治理。”明挖区间的隧道结构防水等级为二级;风机房、配电房的防水等级为一级。以结构自防水为重点,附加外防水层为辅,特别要处理好施工缝、变形缝的防水问题。
结构顶板及边墙采用自粘性改性沥青防水卷材、底板采用EVA防水卷材全外包防水。主体结构沿纵向长度每间隔12 m左右设环向施工缝,每间隔60 m左右设变形缝。
5 结语
广州市轨道交通三号线汉溪站—市桥站区间明挖段隧道工程于2003年5月16日开工,于2005年1月31日完工,总工期为626 d,于2006年顺利通过工程验收,并顺利移交建设单位,现广州三号线地铁已投入运营。
本明挖隧道设计主要根据工程的实际情况、场地条件和工程特点及难点等方面进行具体分析,遵循以人为本,技术创新的设计理念,对主体结构、基坑方案等方面进行合理的分析和设计,满足了工程的需要;在施工中,以信息化技术进行指导,克服了地质条件复杂、场地低洼、雨季施工、工期要求紧等不利因素,最终取得了成功,而且节省了建设成本,加快了建设速度,并为以后的地铁运营节省了成本。
参考文献
[1]施仲衡.地下铁道设计与施工[M].西安:陕西科学技术出版社,1997.
[2]DBJ/T 15-20-97,建筑基坑支护工程技术规程[S].
轨道交通盾构隧道 篇8
上海市轨道交通11号线北段二期起点为华山路中间风井,终点为罗山路站,途经长宁、徐汇、浦东新区、南汇4个行政区,长约20.67 km。其中,徐家汇站—上海体育馆站盾构区间隧道从徐家汇站开始,出站后线路基本呈西北—东南走向,经虹桥路、南丹路、零陵路至上海体育馆站。图1为工点平面相对位置。
整段区间位于徐汇区内,工程沿线环境复杂,主要控制性建(构)筑物有徐汇中学崇思楼、圣爱广场、徐家汇天主教堂、气象大楼、地铁1号线、4号线和上影厂摄影棚等。徐家汇天主教堂属上海市文物保护建筑,并且是重要的宗教活动场所,需要对11号线施工、运营期间的影响作详尽分析,并提出相应的保护性措施。11号线区间隧道与天主教堂木桩桩底竖向净距约8.85 m,水平向净距约1.24 m。
2 施工期影响分析
为了解11号线盾构施工对天主教堂桩基和上部结构的影响,采用二维平面应变有限元方法进行分析计算。
2.1 计算模型
选用Drucker-Prager弹塑性材料模拟土层特性,土层计算参数如表1所示。钢筋混凝土(C55)管片衬砌按弹性材料模拟,弹性模量取35.5 GPa,泊松比取0.2。
计算中按照应力释放理论模拟开挖作用,应力释放率取25%。模型X方向计算尺寸为150 m,Y方向计算尺寸为60 m。左右边界(垂直于X轴)X方向位移约束,下边界(垂直于Y轴)Y方向位移约束,上边界自由并作用有20 kPa地面超载。分析中对隧道和桩基周边单元进行了加密,以获得需要的计算精度。
2.2 计算结果及分析
地表的最大沉降出现在2条隧道连线中点的左侧,最大沉降值为25 mm,满足30 mm 的控制基准;由于建筑物及桩基础的存在,2条隧道连线中点左侧及右侧的变形表现出极大的不对称性;由于双线隧道的运营导致的地面附加沉降为2.2 mm(见图2)。天主教堂桩基水平变形不太明显,从地面往下随着深度的增加,在0～4 m范围内,水平变形值相应减小,当深度>12 m时,随着深度的增加,单桩的水平位移增大, 桩基沿水平方向的最大“拉伸”变形为2.4 mm;相邻木桩最大差异沉降1.2 mm(见图3)。
建议采取以下施工控制措施:
1)控制切口土压力,控制推进速度为0.5～1.0 cm/min;
2)减小超欠挖量,每环纠偏分多次进行;
3)出土量98%～100%(37.13～37.88 m3);
4)同步注浆量220%(3.6 m3),采用可硬性浆液;
5)二次补压浆为0.5～1.0 m3/环,采用双液浆,与盾构掘进同步进行;
6)在区间隧道与教堂结构之间打设一排隔离桩,建议采用MJS高压旋喷桩以降低隔离桩施工时对教堂结构的影响。
3 运营期影响分析
地铁列车运营时,在列车动载作用下会产生一定的噪声。根据地铁1号线上海广场噪声测试结果,地铁经过时,上海广场地下3层噪声值58～59 dB。天主教堂作为重要的宗教活动场所,对噪声要求较高。有必要对此进行相关分析预测。
3.1 计算模型及参数
土体、管片等材料计算参数同表1所列。列车动荷载采用60 km/h时的实测值(见图4),并考虑双线会车的最不利情况。
3.2 计算结果及分析
以天主教堂结构底板最靠近隧道处作为考察点,底板动位移0.37～0.40 mm,振幅约0.08 mm;加速度在-1.6～+1.6 mm/s2之间变化。已知结构某点在某一方向的振动加速度有效值,其对应的振动级计算如下:
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式中:a0=10-5m/s2,是加速度基准值;a为经振动感觉校正的振动加速度有效值。
计算得到天主教堂底板振动级约44 dB。根据GBJ 118—1988《民用建筑隔声设计规范》,对有特殊安静要求的房间,允许噪声级应≤40 dB,对于过天主教堂段隧道需采取一定的降噪措施。
浮置板轨道结构,是采用特殊设计的高阻尼隔振弹簧系统,具有较好的减振性能。它是当前减振降噪性能最好的轨道结构。表2测试结果表明:浮置板轨道在隧道壁振动比弹性扣件轨道降低约15 dB,比弹性支承块轨道降低10～14 dB。据此,可以预测采用浮置板轨道结构后,天主教堂底板振动级能达到≤40 dB要求。
4 结语
通过数值计算分析,表明11号线区间隧道施工和运营期间均会对徐家汇天主教堂造成一定的影响,施工引起的地表最大沉降约25 mm,天主教堂桩基最大水平变形2.4 mm,最大差异沉降1.2 mm,采取一定的施工控制措施后,能满足工程安全要求。11号线列车运营期间,天主教堂底板振动级约44 dB,采用浮置板轨道结构后,天主教堂底板振动级能达到≤40 dB的要求。
摘要：上海市轨道交通11号线北段工程在徐家汇站—上海体育馆站盾构区间段斜穿市级保护文物——徐家汇天主教堂。对盾构穿越施工过程中和地铁运营期间的影响分别进行分析,提出了相应保护性措施。结果表明:采取一定施工控制措施后,能满足工程安全要求。